（北京专用）2020届高考物理一轮复习专题十五光学课件.pptx

,高考物理 (北京市选考专用),专题十五 光学,五年高考,考点一 光的折射、全反射和色散,A组 自主命题北京卷题组,1.(2017北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光穿过平行玻璃砖后,变为a、b两束单色光。如 果光束b是蓝光,则光束a可能是 ( ) A.红光 B.黄光 C.绿光 D.紫光,答案 D 本题考查光的折射、色散。由题图可知,可见光穿过玻璃砖后,发生了色散,其中a 光的侧移距离大于b光的侧移距离,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率,同种介质对 红、橙、黄、绿、青、蓝、紫的折射率依次增大,由于b光是蓝光,故只有D选项符合题意。,知识归纳 色光中相关物理量的变化,2.(2014北京理综,20,6分)以往,已知材料的折射率都为正值(n0)。现已有针对某些电磁波设 计制作的人工材料,其折射率可以为负值(n0),称为负折射率材料。位于空气中的这类材料, 入射角i与折射角r依然满足 =n,但是折射线与入射线位于法线的同一侧(此时折射角取负 值)。现空气中有一上下表面平行的负折射率材料,一束电磁波从其上表面射入,下表面射 出。若该材料对此电磁波的折射率n=-1,正确反映电磁波穿过该材料的传播路径的示意图是 ( ),答案 B 折射线与入射线应位于法线的同一侧,故选项A、D错误。因为材料折射率n=-1,电 磁波由空气进入介质时,sin =-sin(-),得=,则C项错。故正确选项为B。,考查点 折射率、折射定律。,审题关键 折射线和入射线位于法线同侧;折射率n=-1,意味着出射角等于入射角。,3.(2013北京理综,14,6分)如图所示,一束可见光射向半圆形玻璃砖的圆心O,经折射后分为两束 单色光a和b。下列判断正确的是 ( ) A.玻璃对a光的折射率小于对b光的折射率 B.a光的频率大于b光的频率 C.在真空中a光的波长大于b光的波长 D.a光光子能量小于b光光子能量,答案 B 由光路图知,a光比b光的偏折程度大,说明玻璃对a光的折射率大于对b光的折射率, a光的频率大于b光的频率,A选项错误,B选项正确;光在真空中的波长= ,故频率大的光波长 短,C选项错误;光子能量E=h,为光的频率,故频率越大,光子能量越大,D选项错误。,考查点 折射定律、折射率、色散、光的波长、频率和光子能量。,思路点拨 由图中的折射情况先确定玻璃对a、b光的折射率关系,再确定a、b光的频率关系, 进而由频率确定其他量的情况。,4.(2010北京理综,14,6分)对于红、黄、绿、蓝四种单色光,下列表述正确的是 ( ) A.在相同介质中,绿光的折射率最大 B.红光的频率最高 C.在相同介质中,蓝光的波长最短 D.黄光光子的能量最小,答案 C 在红、黄、绿、蓝四种单色光中,蓝光的折射率最大,频率最高,波长最短,光子能量 最大。,5.2019课标,34(2),10如图,一艘帆船静止在湖面上,帆船的竖直桅杆顶端高出水面3 m。距 水面4 m的湖底P点发出的激光束,从水面出射后恰好照射到桅杆顶端,该出射光束与竖直方向 的夹角为53(取sin 53=0.8)。已知水的折射率为 。 ()求桅杆到P点的水平距离; ()船向左行驶一段距离后停止,调整由P点发出的激光束方向,当其与竖直方向夹角为45时, 从水面射出后仍照射在桅杆顶端,求船行驶的距离。,B组 统一命题课标卷题组,答案 ()7 m ()5.5 m,解析 ()设光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离为x2;桅杆高度为h 1,P点处水深为h2;激光束在水中与竖直方向的夹角为。由几何关系有 =tan 53 =tan 由折射定律有 sin 53=n sin 设桅杆到P点的水平距离为x,则 x=x1+x2 联立式并代入题给数据得 x=7 m ()设激光束在水中与竖直方向的夹角为45时,从水面出射的方向与竖直方向夹角为i,由折 射定律有 sin i=n sin 45 ,设船向左行驶的距离为x,此时光束从水面射出的点到桅杆的水平距离为x1,到P点的水平距离 为x2,则 x1+x2=x+x =tan i =tan 45 联立式并代入题给数据得 x=(6 -3)m5.5 m,6.2019课标,34(2),10分如图,直角三角形ABC为一棱镜的横截面,A=90,B=30。一束 光线平行于底边BC射到AB边上并进入棱镜,然后垂直于AC边射出。 ()求棱镜的折射率; ()保持AB边上的入射点不变,逐渐减小入射角,直到BC边上恰好有光线射出。求此时AB边 上入射角的正弦。,答案 () (),解析 本题考查了光的折射、全反射,突出应用数学知识处理物理问题的能力,体现了核心素 养中模型建构、科学论证要素,有利于培养考生的应用与创新价值观。 ()光路图及相关量如图所示。 光束在AB边上折射,由折射定律得 =n 式中n是棱镜的折射率。由几何关系可知 +=60 由几何关系和反射定律得,=B 联立式,并代入i=60得 n= ()设改变后的入射角为i,折射角为,由折射定律得 =n 依题意,光束在BC边上的入射角为全反射的临界角c,且 sin c= 由几何关系得 c=+30 由式得入射角的正弦为 sin i= 解题关键 (1)准确作出光路图,由三角形外角和公式及内角和公式,计算出对应的角度值,进 一步求出折射率。(2)结合折射定律、角度关系及三角函数关系求出入射角的正弦。,7.2018课标,34(2),10分如图,某同学在一张水平放置的白纸上画了一个小标记“”(图中O 点),然后用横截面为等边三角形ABC的三棱镜压在这个标记上,小标记位于AC边上。D位于 AB边上,过D点作AC边的垂线交AC于F。该同学在D点正上方向下顺着直线DF的方向观察,恰 好可以看到小标记的像;过O点作AB边的垂线交直线DF于E;DE=2 cm,EF=1 cm。求三棱镜的 折射率。(不考虑光线在三棱镜中的反射),答案,解析,本题考查折射定律。 过D点作AB边的法线NN,连接OD,则ODN=为O点发出的光线在D点的入射角;设该光线在 D点的折射角为,如图所示。 根据折射定律有 n sin =sin 式中n为三棱镜的折射率。 由几何关系可知 =60 ,EOF=30 OEF中有 EF=OE sinEOF 由式和题给条件得 OE=2 cm 根据题给条件可知,OED为等腰三角形,有 =30 由式得 n= ,解题关键 解答本题的关键是根据题设条件,画出光路图,利用图中几何关系,列方程求解。,8.2017课标,34(2),10分一直桶状容器的高为2l,底面是边长为l的正方形;容器内装满某种透 明液体,过容器中心轴DD、垂直于左右两侧面的剖面图如图所示。容器右侧内壁涂有反光 材料,其他内壁涂有吸光材料。在剖面的左下角处有一点光源,已知由液体上表面的D点射出 的两束光线相互垂直,求该液体的折射率。,答案 1.55,解析 设从光源发出直接射到D点的光线的入射角为i1,折射角为r1。在剖面内作光源相对于 反光壁的镜像对称点C,连接C、D,交反光壁于E点,由光源射向E点的光线,反射后沿ED射向D 点。光线在D点的入射角为i2,折射角为r2,如图所示。设液体的折射率为n,由折射定律有 n sin i1=sin r1 n sin i2=sin r2 由题意知r1+r2=90 联立式得n2= 由几何关系可知sin i1= = ,sin i2= = 联立式得n=1.55 ,解题关键 正确画出光路图,由数学知识找出相关角的关系。,9.(2007北京理综,13,6分)光导纤维的结构如图,其内芯和外套材料不同,光在内芯中传播。以 下关于光导纤维的说法正确的是 ( ) A.内芯的折射率比外套的大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 B.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射 C.内芯的折射率比外套的小,光传播时在内芯与外套的界面上发生折射 D.内芯的折射率与外套的相同,外套的材料有韧性,可以起保护作用,C组 教师专用题组,答案 A 光导纤维内芯的折射率比外套大,光传播时在内芯与外套的界面上发生全反射。 从而使载有声音、图像以及各种数字信号的激光在光纤中远距离传递。故只有A正确。,10.2015课标,35(1),5分,0.425在某次光电效应实验中,得到的遏止电压Uc与入射光的频率 的关系如图所示。若该直线的斜率和截距分别为k和b,电子电荷量的绝对值为e,则普朗克常 量可表示为 ,所用材料的逸出功可表示为 。,答案 ek(2分) -eb(3分),解析 根据爱因斯坦光电效应方程有Ekm=h-W0,又因为Ekm=eUc,得到Uc= - ,所以 =k,h= ek;- =b,W0=-eb。,11.2018课标,34(2),10分如图,ABC是一直角三棱镜的横截面,A=90,B=60。一细光 束从BC边的D点折射后,射到AC边的E点,发生全反射后经AB边的F点射出。EG垂直于AC交 BC于G,D恰好是CG的中点。不计多次反射。 ()求出射光相对于D点的入射光的偏角; ()为实现上述光路,棱镜折射率的取值应在什么范围?,答案 ()60 () n2,解析 本题考查光的折射和全反射、折射率。 ()光线在BC边上折射,由折射定律有 sin i1=n sin r1 式中,n为棱镜的折射率,i1和r1分别是该光线在BC边上的入射角和折射角。 光线在AC边上发生全反射,由反射定律有 r2=i2 式中i2和r2分别是该光线在AC边上的入射角和反射角。 光线在AB边上发生折射,由折射定律有 n sin i3=sin r3 式中i3和r3分别是该光线在AB边上的入射角和折射角。,由几何关系得 i2=r2=60,r1=i3=30 F点的出射光相对于D点的入射光的偏角为 =(r1-i1)+(180-i2-r2)+(r3-i3) 由式得 =60 ()光线在AC边上发生全反射,光线在AB边上不发生全反射,有 n sin i2n sin Cn sin i3 式中C是全反射临界角,满足 n sin C=1 由式知,棱镜的折射率n的取值范围应为 n2 ,解题关键 画图是解决物理问题的基本功 对于几何光学题,画好光路图是解题的关键。充分利用几何知识便可顺利解题。,12.2016课标,34(2),10分如图,在注满水的游泳池的池底有一点光源A,它到池边的水平距离 为3.0 m。从点光源A射向池边的光线AB与竖直方向的夹角恰好等于全反射的临界角,水的折 射率为 。 ()求池内的水深; ()一救生员坐在离池边不远处的高凳上,他的眼睛到池面的高度为2.0 m。当他看到正前下 方的点光源A时,他的眼睛所接受的光线与竖直方向的夹角恰好为45。求救生员的眼睛到池 边的水平距离(结果保留1位有效数字)。,答案 ()2.6 m ()0.7 m,解析 ()如图,设到达池边的光线的入射角为i。依题意,水的折射率n= ,光线的折射角=90。由折射定律有 n sin i=sin 由几何关系有 sin i= 式中,l=3 m,h是池内水的深度。联立式并代入题给数据得 h= m2.6 m ()设此时救生员的眼睛到池边的水平距离为x。依题意,救生员的视线与竖直方向的夹角为 =45。由折射定律有,n sin i=sin 式中,i是光线在水面的入射角。设池底点光源A到水面入射点的水平距离为a。由几何关系 有 sin i= x+l=a+h 式中h=2 m。联立式得 x= m0.7 m,解题关键 几何光学一定要注意几何关系的应用,关键是要根据题意,画出正确的光路图,根据 光路图找出需要的各种几何关系,比如本题中的sin i= 、sin i= 、x+l=a+h等。,13.2016课标,34(2),10分如图,玻璃球冠的折射率为 ,其底面镀银,底面的半径是球半径的 倍;在过球心O且垂直于底面的平面(纸面)内,有一与底面垂直的光线射到玻璃球冠上的M 点,该光线的延长线恰好过底面边缘上的A点。求该光线从球面射出的方向相对于其初始入 射方向的偏角。,解析 设球半径为R,球冠底面中心为O,连接O、O,则OOAB。令OAO=,有 cos = = 即=30 由题意MAAB 所以OAM=60 设图中N点为光线在球冠内底面上的反射点,所考虑的光线的光路图如图所示。设光线在M点 的入射角为i、折射角为r,在N点的入射角为i,反射角为i,玻璃折射率为n。由于OAM为等 边三角形,有 i=60 由折射定律有sin i=n sin r ,答案 150,代入题给条件n= 得r=30 作底面在N点的法线NE,由于NEAM,有i=30 根据反射定律,有i=30 连接ON,由几何关系知MANMON,故有 MNO=60 由式得ENO=30 于是ENO为反射角,NO为反射光线。这一反射光线经球面再次折射后不改变方向。所以, 经一次反射后射出玻璃球冠的光线相对于入射光线的偏角为 =180-ENO=150,评分参考 式各1分。,2.从AB面反射的光线经过圆心O,故该反射光线会垂直球面射出球冠。,方法技巧 1.R底= R,所以OAB=30,OAM=60,而OM=OA=R,所以OAM为等边三角形, 且在M点的入射角i=OMA。,考点二 光的干涉、衍射和偏振,A组 自主命题北京卷题组,1.(2019北京理综,14,6分)利用图1所示的装置(示意图),观察光的干涉、衍射现象,在光屏上得 到如图2中甲和乙两种图样。下列关于P处放置的光学元件说法正确的是 ( ) A.甲对应单缝,乙对应双缝 B.甲对应双缝,乙对应单缝 C.都是单缝,甲对应的缝宽较大 D.都是双缝,甲对应的双缝间距较大,图2,答案 A 本题考查光的干涉和衍射现象,体现了科学推理的素养。 单缝衍射图样中心亮纹较宽,两侧亮纹宽度逐渐变窄,故甲图样为单缝衍射图样;双缝干涉图样 相邻两条亮纹的宽度相同,对应乙图样。故A正确,B、C、D均错。,2.(2018北京理综,15,6分)用双缝干涉实验装置得到白光的干涉条纹,在光源与单缝之间加上红 色滤光片后 ( ) A.干涉条纹消失 B.彩色条纹中的红色条纹消失 C.中央条纹变成暗条纹 D.中央条纹变成红色,答案 D 本题考查双缝干涉实验。 用白光做双缝干涉实验时,屏上呈现彩色条纹,在光源与单缝间加红色滤光片,光源发出的白光 照射滤光片后,仅有红光透过滤光片,故射到双缝上的光为红光,屏上呈现出的是红色干涉条 纹,中央条纹为红色,选项D正确。,易错点拨 双缝干涉实验中滤光片的作用 不要把红色滤光片误认为是“滤掉”红光的滤光片。,3.(2011北京理综,14,6分)如图所示的双缝干涉实验,用绿光照射单缝S时,在光屏P上观察到干 涉条纹。要得到相邻条纹间距更大的干涉图样,可以 ( ) A.增大S1与S2的间距 B.减小双缝屏到光屏的距离 C.将绿光换为红光 D.将绿光换为紫光,答案 C 由双缝干涉条纹间距公式x= 可知:增大S1与S2的间距d,x将减小,A项错误;减小 双缝屏到光屏的距离L,x将减小,B项错误;红光波长大于绿光,变大,x将变大,C项正确;紫光 波长小于绿光,变小,x将变小,D项错误。,4.2017课标,34(1),5分在双缝干涉实验中,用绿色激光照射在双缝上,在缝后的屏幕上显示 出干涉图样。若要增大干涉图样中两相邻亮条纹的间距,可选用的方法是 。 A.改用红色激光 B.改用蓝色激光 C.减小双缝间距 D.将屏幕向远离双缝的位置移动 E.将光源向远离双缝的位置移动,B组 统一命题课标卷题组,答案 ACD,解析 本题考查双缝干涉。由相邻两亮条纹间距x= 可知,若要增大两相邻亮条纹的间距, 应增大双缝与光屏间距离L、减小双缝间距d或增大照射光波长,而红绿蓝,故选项A、C、 D正确。,解题关键 熟记双缝干涉中相邻亮条纹间距公式及各色光的波长大小关系。,5.2015课标,35(1),5分,0.445实物粒子和光都具有波粒二象性。下列事实中突出体现波动 性的是 。 A.电子束通过双缝实验装置后可以形成干涉图样 B.射线在云室中穿过会留下清晰的径迹 C.人们利用慢中子衍射来研究晶体的结构 D.人们利用电子显微镜观测物质的微观结构 E.光电效应实验中,光电子的最大初动能与入射光的频率有关,与入射光的强度无关,C组 教师专用题组,答案 ACD,解析 电子束通过双缝产生干涉图样,体现的是波动性,A正确;射线在云室中留下清晰的径 迹,不能体现波动性,B错误;衍射体现的是波动性,C正确;电子显微镜利用了电子束波长短的特 性,D正确;光电效应体现的是光的粒子性,E错误。,考点三 光的粒子性,A组 自主命题北京卷题组,1.(2019北京理综,19,6分)光电管是一种利用光照射产生电流的装置,当入射光照在管中金属板 上时,可能形成光电流。表中给出了6次实验的结果。,由表中数据得出的论断中不正确的是 ( ) A.两组实验采用了不同频率的入射光 B.两组实验所用的金属板材质不同 C.若入射光子的能量为5.0 eV,逸出光电子的最大动能为1.9 eV D.若入射光子的能量为5.0 eV,相对光强越强,光电流越大,答案 B 本题考查了光电管在光照下产生光电流的现象和考生的实验数据分析能力,培养 了考生的科学探究素养。 表格中入射光子的能量不同,根据光子的能量E=h可知两组实验采用的入射光的频率不同,再 由光电效应方程解得两组实验中金属的逸出功都是3.1 eV,所以A选项正确,B选项不正确。当 入射光子的能量为5.0 eV时,Ekm=h-W=1.9 eV,故C选项正确。当入射光子的能量为5.0 eV时, 相对光强越强,单位时间内飞出的光电子越多,光电流越大,所以D项正确。,解题关键 认真分析题中所给的数据,利用光电效应方程计算逸出功和最大初动能。,2.(2017北京理综,18,6分)2017年年初,我国研制的“大连光源”极紫外自由电子激光装 置,发出了波长在100 nm(1 nm=10-9 m)附近连续可调的世界上最强的极紫外激光脉冲。大连 光源因其光子的能量大、密度高,可在能源利用、光刻技术、雾霾治理等领域的研究中发挥 重要作用。 一个处于极紫外波段的光子所具有的能量可以电离一个分子,但又不会把分子打碎。据此判 断,能够电离一个分子的能量约为(取普朗克常量h=6.610-34 Js,真空光速c=3108 m/s) ( ) A.10-21 J B.10-18 J C.10-15 J D.10-12 J,答案 B 本题考查光子能量。由题意知,电离一个分子的能量等于照射分子的光子能量,E= h=h =210-18 J,故选项B正确。,审题指导 题目信息提取 此题为新科技背景下的信息题,从题中提取有用信息,成为解答此题的关键,从题中应提取到如 下有用信息:照射并使分子电离的激光波长为=100 nm=10-7m,照射不会把分子打碎,说明光子 能量几乎全部用来使分子电离,所以只要计算激光脉冲光子能量即可。,3.(2013北京理综,20,6分)以往我们认识的光电效应是单光子光电效应,即一个电子在极短时间 内只能吸收到一个光子而从金属表面逸出。强激光的出现丰富了人们对于光电效应的认识, 用强激光照射金属,由于其光子密度极大,一个电子在极短时间内吸收多个光子成为可能,从而 形成多光子光电效应,这已被实验证实。 光电效应实验装置示意如图。用频率为的普通光源照射阴极K,没有发生光电效应。换用同 样频率的强激光照射阴极K,则发生了光电效应;此时,若加上反向电压U,即将阴极K接电源正 极,阳极A接电源负极,在K、A之间就形成了使光电子减速的电场。逐渐增大U,光电流会逐渐 减小;当光电流恰好减小到零时,所加反向电压U可能是下列的(其中W为逸出功,h为普朗克常 量,e为电子电量) ( ),A.U= - B.U= - C.U=2h-W D.U= -,答案 B 同频率的光照射阴极K,普通光不能使其发生光电效应,而强激光能使其发生光电 效应,说明一个电子吸收了多个光子。设吸收的光子个数为n,光电子逸出的最大初动能为Ek, 由光电效应方程知:Ek=nh-W(n2);光电子逸出后克服电场力做功,由动能定理知Ek=eU, 联立上述两式得U= - (n2),当n=2时,即B选项,其他选项均不可能。,考查点 光电效应。,思路点拨 电子一次吸收的能量只能是一个光子能量的整数倍,本题中倍数n2。,4.(2018课标,17,6分)用波长为300 nm的光照射锌板,电子逸出锌板表面的最大初动能为1.28 10-19 J。已知普朗克常量为6.6310-34 Js,真空中的光速为3.00108 ms-1。能使锌产生光电效 应的单色光的最低频率约为 ( ) A.11014 Hz B.81014 Hz C.21015 Hz D.81015 Hz,B组 统一命题课标卷题组,答案 B 本题考查光电效应规律。由光电效应方程得Ek= -W0,而能使锌产生光电效应的 单色光的最低频率0应满足h0=W0,联立得0= - =81014 Hz,故选项B正确。,方法技巧 光电效应现象的判断 能使金属产生光电效应的单色光的最低频率即恰好发生光电效应的条件:照射光的能量等于 金属的逸出功。,5.(2017课标,19,6分)(多选)在光电效应实验中,分别用频率为a、b的单色光a、b照射到同种 金属上,测得相应的遏止电压分别为Ua和Ub、光电子的最大初动能分别为Eka和Ekb。h为普朗 克常量。下列说法正确的是 ( ) A.若ab,则一定有Uab,则一定有EkaEkb C.若Uab,则一定有ha-Ekahb-Ekb,答案 BC 本题考查光电效应方程、对遏止电压的理解。光照射到同种金属上,同种金属的 逸出功相同。若ab,据Ek=h-W0可知,EkaEkb,则B项正确。由Ek=eU,可知UaUb,则A项错误。 若UaUb,说明EkaEkb,则C项正确。由Ek=h-W0得h-Ek=W0,而同一种金属W0相同,与入射光的频 率无关,故ha-Eka=hb-Ekb,则D项错误。,归纳总结 对光子能量、逸出功及最大初动能的理解 同一种金属逸出功相同,与入射光的频率无关。 遏止电压只与光电子的最大初动能有关:eU=Ek。 光电效应方程:h-W0=Ek。,6.2016课标,35(1),5分现用某一光电管进行光电效应实验,当用某一频率的光入射时,有光 电流产生。下列说法正确的是 。 A.保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,饱和光电流变大 B.入射光的频率变高,饱和光电流变大 C.入射光的频率变高,光电子的最大初动能变大 D.保持入射光的光强不变,不断减小入射光的频率,始终有光电流产生 E.遏止电压的大小与入射光的频率有关,与入射光的光强无关,答案 ACE,解析 保持入射光的频率不变,入射光的光强变大,单位时间内逸出的光电子个数增加,则饱和 光电流变大,故A正确。饱和光电流的大小与入射光的频率无直接关系,故B错。由Ek=h-W,可 知C正确。当入射光的频率小于金属的极限频率时,光电效应不能发生,故D错。由eU= mv2= h-W得eU=h-W,可见,遏止电压U随的增大而增大,与入射光的光强无关,故E正确。,知识归纳 关于光电效应的问题,熟练掌握以下关系式很重要:h=W+ mv2;h0=W;eU= mv2。,7.(2008北京理综,13,6分)下列说法正确的是 ( ) A.用分光镜观测光谱是利用光折射时的色散现象 B.用X光机透视人体是利用光电效应 C.光导纤维传输信号是利用光的干涉现象 D.门镜可以扩大视野是利用光的衍射现象,C组 教师专用题组,答案 A 用分光镜观测光谱是利用了不同色光的折射率不同,A对;用X光机透视人体是利用 了X光的穿透能力强,B错;光导纤维传输信号利用了光的全反射现象,C错;门镜扩大视野利用 了光的折射现象,D错,故选A。,三年模拟,A组 20172019年高考模拟考点基础题组,考点一 光的折射、全反射和色散,1.(2019北京丰台期末,4)很多公园的水池底部都装有彩灯,当一束由红、蓝两色光组成的灯光 从水中斜射向空气时,下列光路图中可能存在的一种情况是 ( ),答案 C 光射到水面时发生反射,反射光中红光和蓝光都有。由于红光的折射率比蓝光的 小,由临界角公式sin C= 可知,红光的临界角比蓝光大,所以在水面上若蓝光不发生全反射,则 红光也一定不会发生全反射。当两种色光都能折射到空气中时,根据折射定律可知,在入射角 相等时,红光折射角小。,解题关键 对于几何光学,要掌握不同色光的折射率、临界角等物理量之间的关系,这是考试 的热点。,2.(2019北京东城一模,15)如图,两束单色光A、B分别沿半径方向由空气射入半圆形玻璃砖,出 射时合成一束复色光P,下列说法正确的是 ( ) A.A光的频率小于B光的频率 B.在玻璃砖中A光的传播速度小于B光的传播速度 C.玻璃砖对A光的折射率大于对B光的折射率 D.两种单色光由玻璃射向空气时,A光的临界角较小,答案 A 由折射率的定义式n= 可知,玻璃砖对B光的折射率大于对A光的折射率,所以B 光的频率大于A光的频率;又由n= 可知,B光在玻璃砖中的传播速度小于A光的传播速度;由 sinC= 可知,B光的临界角小于A光的临界角。,知识拓展 若用A光照射某金属板,金属板能发生光电效应,则用B光照射该板时,该板一定能 发生光电效应。,3.(2019北京朝阳二模,13)光由空气进入半圆形玻璃砖,再由玻璃砖射入空气中。下面四幅光 路图中,O点是半圆形玻璃砖某一截面的圆心,可能正确的是 ( ),答案 B 光在界面上发生反射,反射角等于入射角。光从空气斜射入玻璃,折射角小于入射 角;光从玻璃斜射入空气,折射角大于入射角。光垂直于界面入射时,传播方向不发生改变。,4.(2018北京海淀零模,16)如图所示是一透明玻璃球体,其半径为R,O为球心,AB为水平直径。M 点是玻璃球的最高点,一条平行于AB的光自D点射入球体内,其折射光线为DB,已知ABD=30, 光在真空中的传播速度为c、波长为,则 ( ) A.此玻璃的折射率为 B.光从D传播到B所用的时间是 C.光在玻璃球内的波长为 D.光在 B点会发生全反射,答案 A 由图中几何关系可知,折射角为30,入射角为60,则折射率n= = ,A正确。 由D传播到B的时间t= = = ,B错误。= = ,C错误。临界角满足 sin C= = ,临界角C30,光在B点不会发生全反射,D错误。,解题关键 折射率的定义;光在介质中的传播速度及波长;临界角的定义。,5.(2018北京朝阳二模,13)对于红、蓝两种单色光,下列说法正确的是 ( ) A.在水中红光的传播速度较大 B.在水中蓝光的传播速度较大 C.在真空中红光的传播速度较大 D.在真空中蓝光的传播速度较大,答案 A 各种色光在真空中的传播速度都相同,为c=3108 m/s,由色散规律可知水对蓝光的 折射率大,由n= 可知A对。,解题关键 同一种介质对不同色光折射率不同,且n红n蓝。,1.(2019北京海淀一模反馈,13)下列几个现象中,能证明光具有波动性的是 ( ) A.白光通过三棱镜后色散 B.光电效应 C.光的衍射 D.康普顿效应,考点二 光的干涉、衍射和偏振,答案 C 白光通过三棱镜后色散是因为白光是复色光,色散是光发生折射形成的。光电效 应和康普顿效应是光具有粒子性的表现,光的衍射和光的干涉、偏振现象是光具有波动性的 表现。,知识拓展 光具有波粒二象性。少数光子粒子性明显,大量光子波动性明显。,2.(2019北京延庆一模,15)m、n两种单色光以相同的入射角和入射点从空气斜射向截面为长 方形的玻璃砖,其光路如图所示。关于m、n两种单色光,下列说法正确的是 ( ) A.玻璃砖对m光的折射率较小 B.m光的光子能量较小 C.对同一双缝干涉装置,m光的干涉条纹间距较小 D.m光在该玻璃中的传播速度较大,答案 C 由光路图可知玻璃对m光的折射率比玻璃对n光的大,选项A错误。玻璃对m光的折 射率大,则m光的频率大,由E=h知m光的能量大,选项B错误。由= 可知,m光的波长小,条纹 间距x= ,可知m光的干涉条纹间距小,选项C正确。由n= 可知,m光在玻璃中的传播速度 小,选项D错误。,3.(2018北京西城二模,14)一束激光照在一个很小的圆盘上,在屏上观察到如图所示的图样,在 影的中心有一个亮斑,这就是著名的“泊松亮斑”。下列说法正确的是 ( ) A.圆盘中心有个小孔,这是光的衍射现象 B.圆盘中心是不透光的,这是光的衍射现象 C.圆盘中心有个小孔,这是光的干涉现象 D.圆盘中心是不透光的,这是光的干涉现象,答案 B 小孔衍射图样的正中心为较大的亮斑,圆盘衍射图样的正中心为较小的亮点,是光 照在不透光的圆盘上产生的衍射现象,B正确。 解题关键 小孔衍射与圆盘衍射的特点。,4.(2018北京东城一模,14)下列属于光的衍射现象的是 ( ) A.阳光照射到树叶上,在地面上形成圆形亮斑 B.光照射细金属丝,在其后形成的阴影中有亮线 C.在阳光照射下,肥皂泡呈现彩色条纹 D.光照射到凸透镜上,在其后形成圆形亮斑,答案 B A项利用光沿直线传播的原理。C项属于光的干涉。D项属于光的折射。 解题关键 正确理解各种光现象的原理。,5.(2017北京朝阳一模,14)关于红、紫两束单色光,下列说法正确的是 ( ) A.在空气中红光的波长较长 B.在同一玻璃中红光的传播速度较小 C.红光的光子能量较大 D.用同一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较小,答案 A 红光的波长比紫光的长,故A正确;红光的频率比紫光的小,故红光的光子能量较小, 故C错误;由n= 和n红n紫,可知在同一玻璃中红光的传播速度大,故B错误;由x= ,可知用同 一装置做双缝干涉实验时,红光的干涉条纹间距较大,故D错误。,6.(2018北京丰台一模,20)单缝衍射实验中所产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、 光的波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验中所产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间 距、光的波长、缝屏距离的关系相同。利用单缝衍射实验可以测量金属的线膨胀系数,线膨 胀系数是表征物体受热时长度增加程度的物理量。如图是实验的示意图,挡光片A固定,挡光 片B放置在待测金属棒上端,A、B间形成狭缝,激光通过狭缝,在光屏上形成衍射图样,温度升 高,金属棒膨胀使得狭缝宽度发生变化,衍射图样也随之发生变化。在激光波长已知的情况下, 通过测量缝屏距离和中央亮条纹宽度,可算出狭缝宽度及变化,进而计算出金属的线膨胀系 数。下列说法正确的是 ( ) A.其他实验条件不变,使用激光波长越短,中央亮条纹宽度越宽 B.相同实验条件下,金属的膨胀量越大,中央亮条纹宽度越窄 C.相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,说明金属膨胀量越大 D.其他实验条件相同,狭缝到光屏距离越大,测得金属的线膨胀系数越大,答案 C 根据题意,单缝衍射形成的中央亮条纹宽度x= 。其他实验条件不变时,使用激 光的波长越短,x越小,A项错误。相同实验条件下,金属的膨胀量越大,造成单缝宽度d越小,x越 大,B项错误。相同实验条件下,中央亮条纹宽度变化越大,d变化越大,金属膨胀量越大,C项正 确。金属的线膨胀系数取决于金属的材料,与d、L、x均无关,D项错误。 解题关键 题目交代了单缝衍射实验产生图样的中央亮条纹宽度的一半与单缝宽度、光的 波长、缝屏距离的关系,和双缝干涉实验产生图样的相邻两亮条纹间距与双缝间距、光的波 长、缝屏距离的关系相同。金属棒膨胀,单缝宽度d减小。可以由条纹宽度变化判断出d变化 情况,条纹越宽,说明单缝越窄,金属膨胀量越大。金属线膨胀系数是表征金属特征的物理量, 由金属材料性质决定。,7.(2018北京西城一模,20)2017年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家,以表彰他们为发现 引力波所做的贡献。引力波被认为是时空弯曲的一种效应,物体加速运动时会给宇宙时空带 来扰动,这种扰动会以光速向外传播能量。如图为科学家们探测引力波的装置示意图,发射器 发出的激光S 经半透光分束镜分为相互垂直的两束S1和S2,然后经过4 km长的两臂,在两臂端点 处经反射镜反射回来,S1和S2相遇形成干涉,被探测器接收。精确调节两臂,使探测器在无引力 波作用时,接收到的信号强度为0。当有引力波作用时,两臂长度将因此而发生改变,则接收到 的信号强度不为0。下列说法正确的是 ( ) A.引力波可以超光速传播 B.引力波不能传播能量 C.探测器接收到的两束波的频率相同 D.无引力波作用时两束激光到探测器的路程差为0,答案 C 由题意知引力波会以光速向外传播能量,所以A、B错。由题中信息,S1和S2相遇形 成干涉,知两束波的频率相同,C对。无引力波作用时,接收信号强度为0,说明两列波叠加减弱, 路程差应为半波长的奇数倍,不可能为0,D错。 解题关键 认真读取信息。对干涉的理解。,1.(2019北京西城二模,14)如图所示,一束光射向半圆形玻璃砖某一截面的圆心O,经折射后分 为两束单色光a和b。下列判断正确的是 ( ) A.a光的频率大于b光的频率 B.a光光子能量大于b光光子能量 C.玻璃砖对a光的折射率小于对b光的折射率 D.玻璃砖对a光的折射率大于对b光的折射率,考点三 光的粒子性,答案 C 由n= (i为空气中的角度),得nanb,则ab,E=h,所以EaEb,所以C正确。,考查点 折射率,光子能量。,2.(2019北京海淀二模,15)如图所示,把一块不带电的锌板用导线连接在验电器上,当用某频率 的紫外线照射锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,下列说法正确的是 ( ) A.验电器带正电,锌板带负电 B.验电器带负电,锌板也带负电 C.若改用红光照射锌板,验电器的指针一定也会偏转 D.若改用同等强度频率更高的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转,答案 D 用某频率的紫外线照射锌板时,验电器指针发生偏转,说明锌板发生了光电效应现 象,即有电子从锌板表面逸出,锌板因缺失电子而带正电,锌板用导线与验电器相连,故验电器 也带正电,选项A、B错误;红光的频率比紫外线的低,用红光照射锌板,锌板不一定会发生光电 效应,故选项C错误;改用频率更高的紫外线照射锌板,锌板一定会发生光电效应,验电器的指针 会发生偏转,故选项D正确。,解题关键 认清光电效应的本质及产生条件,由照射光频率的高低比较判断锌板能否发生光 电效应是分析本题的关键。,3.(2019北京海淀一模,13)下列几个现象中,能反映光具有粒子性的是 ( ) A.光的衍射 B.光的折射 C.光电效应 D.光的偏振,答案 C 光的衍射、折射、偏振反映光具有波动性,光电效应反映的是光具有粒子性。,知识拓展 反映光具有粒子性的实验还有著名的康普顿效应。,4.(2017北京石景山一模,13)下列说法正确的是 ( ) A.光电效应表明光具有波动性 B.光的衍射现象表明光具有粒子性 C.光从水中进入空气后传播速度变大 D.光从水中进入空气后频率变大,答案 C 光电效应表明光具有粒子性,A错。干涉、衍射现象说明光具有波动性,B错。光从 水中进入空气后频率不变,传播速度变大,C正确,D错误。 考查点 光的本性、光传播时v、的情况。 知识拓展 同一种光在不同介质中传播时频率不变,波长、波速变化。同一种介质对不同频 率的光的折射率不同,光在其中的传播速度不同。,5.(2017北京东城二模,19)如图所示,把一块不带电的锌板连接在验电器上。当用紫外线照射 锌板时,发现验电器指针偏转一定角度,则 ( ) A.锌板带正电,验电器带负电 B.若改用强度更小的紫外线照射锌板,验电器的指针也会偏转 C.若改用红外线照射锌板,验电器的指针仍然会发生偏转 D.这个现象可以说明光具有波动性,答案 B 紫外线使锌板发生光电效应,锌板失去电子而带正电,则与之连接的验电器也带正 电。红外线的频率小于紫外线的频率,故锌板不一定发生光电效应,验电器的指针不一定偏 转。该现象说明光具有粒子性。 考查点 光电效应。 易错提示 锌板中电子飞出,但不是转移到验电器上。注意与静电感应现象的区别。,6.(2019北京大兴一模,15)如图所示,一束由a、b两种单色光组成的复色光照射到横截面为三 角形的玻璃砖上,经玻璃砖折射后照到右侧光屏上。光屏足够大,下列说法正确的是 ( ) A.玻璃砖对a光的折射率比b光的大 B.在真空中a光的传播速度比b光的大 C.若两种光分别照射某金属板,金属板均发生光电效应,a光照射时光电子的最大初动能比b光大 D.减小复色光的入射角度,两种色光会在光屏上依次消失,最先消失的是b光,答案 D 选玻璃砖左侧的面为分界面,a光和b光的入射角相同,b光的折射角较小,所以nanb, A错;真空中光的传播速度相同,B错;由于nanb,因此a光照射时光电子的最大初动能比b光照射 时的小,C错;全反射临界角满足n= ,所以b光的临界角小于a光的,b光先消失,D正确。,解题关键 对于同种介质而言,频率越高,折射率越大。,7.(2018北京房山二模,13)用电子做双缝干涉实验,下面三幅图分别为100个、3 000个、7 000 个左右的电子通过双缝后,在胶片上出现的干涉图样。该实验表明 ( ) A.电子具有波动性,不具有粒子性 B.电子具有粒子性,不具有波动性 C.电子既有波动性,又有粒子性 D.电子到达胶片上不同位置的概率相同,答案 C 这个实验说明,电子到达胶片上不同位置的概率不同,个别电子呈现出粒子性,大量 的电子呈现出波动性,所以电子既有波动性,又有粒子性。,8.(2018北京海淀一模,17)用图甲所示的电路研究光电效应中电子发射的情况与照射光的强 弱、光的频率等物理量间的关系。电流计G测得的光电流I随光电管两端电压U的变化如图乙 所示,则 ( ) A.通过电流计G的电流方向由d到c B.电压U增大, 光电流I一定增大 C.用同频率的光照射K极,光电子的最大初动能与 光的强弱无关 D.光电管两端电压U为零时一定不发生光电效应,答案 C 光电子从K极逸出向A极运动,所以通过电流计G的电流方向由c到d,A错误。由乙 图可知U增大到某一数值后,I不再变大,B错误。由光电效应方程及遏止电压可知,h=W+eUc, 同频率的光遏止电压Uc相同,光电子最大初动能相同,C正确。由图乙可知U=0时,I0,光电效 应照样发生,D错误。 解题关键 熟知光电效应方程及遏止电压Uc的含义。,9.2019北京朝阳二模,23(3)现有一个点光源以功率P均匀地向各个方向发射波长为的光,如 果每秒有n个光子射入人的瞳孔,就能引起人眼的视觉效应。已知人眼瞳孔的直径为d,普朗克 常量为h,光在空气中速度为c,不计空气对光的吸收。求人眼能看到这个光源的最大距离Lm。,答案 见解析,解析 每个光子的能量E0=h= 光源每秒辐射的光子数目N= = 人眼在离光源Lm处,每秒进入人眼瞳孔的光子数n= N= 所以Lm= =,一、选择题（每题6分，共42分）,B组 20172019年高考模拟专题综合题组 (时间：45分钟 分值：70分),1.(2017北京东城一模,14)如图所示,将一个半圆形玻璃砖置于空气中,当一束单色光入射到玻 璃砖某一截面的圆心O时,下列情况不可能发生的是 ( ),答案 B 光由空气斜射入玻璃时折射角小于入射角,A正确,B错误。C、D选项中,光由空气 进入玻璃入射角为零,折射角为零,再由玻璃斜射入空气,折射角大于入射角,也可能发生全反 射,C、D正确。,2.(2017北京朝阳二模,14)如图所示,ABC是一个用折射率n 的透明介质做成的棱镜,其截面 为等腰直角三角形。现有一束光从图示位置垂直入射到棱镜的AB 面上,则该光束 ( ) A.能从AC面射出 B.能从BC面射出 C.进入棱镜后速度不变 D.进入棱镜后波长变长,答案 B 因n ,故光从介质射入空气时发生全反射时的临界角45。由题知光从AC面 射向空气时入射角为45,将在AC面上发生全反射,而垂直BC面射出,故A错而B对。光从空气 射入介质时,频率不变而速度变小,由v=f可知,波长变短,故C、D错误。,3.(2019北京石景山一模,15)如图所示,一束可见光a从玻璃砖射向空气,分成b、c两束单色光。 单色光b和c相比较,下列说法正确的是 ( ) A.在相同条件下进行双缝干涉实验,b光的干涉条纹间距较大 B.真空中b光的波长较小 C.玻璃砖中b光的速度较小 D.从玻璃射向空气发生全反射时,b光的临界角较小,答案 A 由图可知,c光折射率较大,频率较大,由c=f知c光波长较短,双缝干涉条纹间距x= ,干涉条纹间距较小,A正确,B错误。由n= 可知c光波速较小,C错误。由sin C= 知c光的临 界角较小,D错误。,解题关键 由图得出b与c折射率的大小关系。,4.(2019北京丰台一模,15)甲、乙两单色光分别通过同一双缝干涉装置得到各自的干涉图样, 设相邻两个亮条纹的中心距离为x,若x甲x乙,比较甲、乙两种单色光,下列说法正确的是 ( ) A.真空中甲光的波长较短 B.甲光的光子能量较小 C.甲光发生全反射时的临界角较小 D.甲光能发生偏振现象,而乙光不能,答案 B x= ,所以对于同一个实验装置,波长越大,条纹间距越大,由x甲x乙可知甲光波 长大于乙光波长;光子能量=h,且光的频率= ,所以甲光的光子能量一定小于乙光的光子能 量;甲光频率小于乙光,因为频率大的光对应折射率大,介质对甲光的折射率小于乙,sin C= ,所 以甲的临界角较大;偏振是横波特有的现象,由于光是横波,所以甲光、乙光都能发生偏振。,知识拓展 同种介质对甲光的折射率小于对乙光的折射率,甲光在介质中的传播速率大于乙光。,5.(2019北京丰台期末,3)分别用a、b两束单色光照射某金属的表面,用a光照射能发生光电效 应,而用b光照射不能发生,则下列说法正确的是 ( ) A.在真空中,b光的速度较大 B.在真空中,a光的波长较长 C.a光比b光的光子能量大 D.a光的强度比b光的强度大,答案 C 在真空中,a、b两束光的速度相等,均等于c,故A错误;根据题意知,用a光照射能发生 光电效应,说明a光的频率比该金属的极限频率大